认知（Cognition）是人类认识了解自身生活环境所经历的各个过程的总称，包括感受、发现、察觉、识别、想象、判断、记忆、学习等，可以说认知就是信息获取、存储、转换与分析利用的过程。认知科学（Cognitive Science）产生于20世纪70年代末，是一门由计算机科学、哲学、心理学、语言学、人类学和神经科学等交叉形成的关于心智、智能、思维和知识及其描述和应用的学科。它主要研究智能和认知行为的原理及其对认知的理解，探索心智的表达和计算能力及其在人脑中的结构、功能和表示。认知科学研究的目的就是说明和解释人在完成认识活动时是如何进行信息加工处理的。
按照认知科学的观点，人类对周围环境现象或对象的认知主要来自于感觉、知觉、注意、表象、记忆、思维、语言、心智等方式，并将人类的认知模型归为感知系统、记忆系统、控制系统和应用系统四个主要方面。了解并遵循认知心理学的原理是进行时空地学可视化系统设计的基础。我们必须了解用户的认知心理，了解人的感觉器官是如何接受地学空间信息的，分析人脑是怎样理解和处理地学空间信息的以及学习记忆有哪些过程，人又是如何推理的等等，才能使地学可视化系统的设计更具用户友好性，从而满足用户需求。所以说空间认知科学理论也是地学可视化的基础理论之一。
为了描述时空复杂信息的认知原理，下面给出一个时空复杂信息认知的概念模型（图2-6）。模型中探讨并确定了时空认知研究的各个阶段（Connie Blok，1999）。
首先是基于认知的信息输入阶段，通过视觉和感知相结合并与内部知识结构（框架）进行匹配，感知性地组织输入信息；其次是认知—探测阶段（Seeing That），这是一个潜意识（自底向上的）反应（一种可视化描述），通常正常的反应结合概念化（自上向下的）过程；第三是推理—确认阶段（其中以现有知识和经验作指导），集成的过程可能会导致对探测阶段获得含义的完全接受或部分改进。
视觉和感知，不仅有助于模式认知，而且对感应输入和推理模式进行归类，从而导致新框架体系的开发。尽管这里以顺序的方式进行描述，但信息的处理过程至少有一部分是平行的或周期性循环的（Mac Eachren and Pinker，1995）。
图2-6 时空复杂信息认知的概念模型
（据Connie Blok，1999）
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